第1章 5G无线增强设计概述
随着第一版5G国际标准（3GPP NR R15版本）于2018年9月正式冻结，5G的大门正式开启。5G技术的广泛应用给人们生活的方方面面带来巨大改变。根据ITU的愿景，5G将渗透到未来社会的各个领域，以用户为中心构建全方位的信息生态系统。其中，5G用户体验速率可达100Mbit/s～1 Gbit/s，能够支持移动虚拟现实等极致的业务体验；5G峰值速率可达10Gbit/s～20Gbit/s，流量密度可达10Mbit/（s·m2），能够支持未来千倍以上移动业务流量的增长；5G连接数密度可达100万个/平方米，能够有效支持海量的物联网设备；5G传输时延可达毫秒量级，可满足车联网和工业控制的严苛要求；5G能够支持500km/h的移动速度，能够在高铁环境下满足良好的用户体验。此外，为了保证对频谱和能源的有效利用，5G的频谱效率将比4G提高3～5倍，能效将比4G提升100倍。
3GPP NR R15版本完成了一系列基础的设计。这些基础的设计包括帧结构设计、接入设计、调制编码设计、大规模天线设计、控制信道设计及多种接入架构设计。相对于4G系统，5G NR的系统设计更加灵活，可以支持更多的基本参数配置、上下行对称的波形设计、自包含且灵活的帧结构配置；同时，5G NR中还引入了一系列的新技术，其中比较有代表性的是控制信道采用的Polar码（极化码）、数据信道采用的LDPC码。
总体来说，NR R15版本的设计已经满足了ITU对于5G各项基础指标的要求。但是，相对于宏大的5G愿景，该版本标准在多个维度尚需进行扩展和增强。对于传统的增强移动宽带（eMBB，Enhanced Mobile Broadband）业务，NR R15版本已经提供了很好的支持，但是在大规模天线的码本设计、终端的节能、网络的覆盖、定位、接入流程、高低频的组合载波聚合技术等方面还存在很大的优化空间。对于超高可靠低时延通信（URLLC，Ultra-Reliable and Low Latency Communications），NR R15版本以1 ms空口时延和99.999%可靠性为目标，定义了一些URLLC的基础特性，考虑到URLLC应用场景多种多样，且对时延和可靠性有更高的性能要求，故还需进一步增强。在垂直行业扩展方面，NR R15版本对多个重要领域并未支持，典型的如车联网、非授权频段部署、卫星网络等。综上所述，第一版5G NR标准存在非常广阔的优化和扩展空间。
为达成ITU的愿景，满足全面构建以5G为基础的信息化社会的需求，3GPP在NR R15版本的基础上进行了全面增强，完成了NR R16版本的国际标准。NR R16版本增强的主要方向为传统的eMBB业务增强和垂直行业扩展，主要增强内容包括大规模天线增强、定位增强、接入回传一体化、2步接入、双连接/载波聚合、5G车联网、5G免许可频段接入、超高可靠低时延增强等。通过NR R16版本的全面增强，5G将提供更强的网络覆盖能力、更低的接入与传输时延、更高的传输速率、更低的终端功耗，使能以5G车联网为代表的一批垂直行业应用，并实现授权与非授权频谱的共同使用。
NR R16版本始于2018年6月，于2019年12月基本完成版本标准化工作，并于2020年6月被正式冻结。R16版本的国际标准也被称为5G第二阶段（5G Phase 2），该版本也将和R15版本一起作为5G标准的一部分，被整体提交至ITU。